【纯水小课堂】实验用水的纯化技术，你知道几种？
随着实验用的分析系统灵敏度的提高，对水的纯度有了更高的要求。
1ppm = 1mg/L
1ppb = 1μg/L
1ppt = 1ng/L = 1μg/ml
在水中，将距离1cm的两片表面积为1cm2大小的电极加以通电，来监测两极间的导电率，通过所加电压和测得的电流能够获知两极间的电阻值，这个数值在水质分析中通常被称为电阻率或比电阻，其单位用MΩ.cm(megaohm-centimeter)来表示。
电阻率的倒数称为导电率或电导率，用μs/cm(micro Siemens per centimeter)来表示。
这两个参数是表示水的纯度的最常用参数。
将自来水中的离子去除，会使得电阻率值升高(导电率降低)，但并非无限制的增加，这是因为部分水分子会电离为氢离子和氢氧根离子，其电阻率值极限值18.248MΩ.cm(25℃)。此外，电阻率值会随着水的电离常数而改变，因而会受到水温的影响。例如，25℃的超纯水，其电阻值为18.2MΩ.cm,但在0℃则为84.2MΩ.cm,100 ℃则为1.3MΩ.cm。在25 ℃附近，当温度上升1 ℃，其电阻值将下降0.84MΩ.cm。因此，多使用补偿至25 ℃的电阻率值来做衡量标准。
此外像总有机碳含量(TOC)，热源内毒素含量，细菌含量，颗粒含量，微生物含量，总溶解固体含量(TDS)等也常常被用作补充说明水质的重要参数。因此，水的纯度标准通常由以上这些参数的一项或几项来综合说明、分级。
水的纯化技术
对颗粒的通过设置了物理屏障，并根据过滤微细颗粒的大小分级，由缠绕纤维或压紧的物质形成多孔矩阵，通过吸附或捕捉方式截留颗粒。深层过滤器(一般为1-50μm)通常作为一种经济的纯化方式用于截留大量的悬浮固体，并保护下游的纯化设备不被污染和堵塞。它们需要定期更换。
活性碳通常用于预处理系统以去除进水中的氯和氯胺，防止它们破坏过滤膜和离子交换树脂。
大部分活性碳是由椰壳或煤在有水蒸气和CO2的条件下，经800-1000℃煅烧而形成具活性的木炭，经过酸洗去掉残余氧化物和其他溶解物质。用于水处理的活性碳通常孔径范围在500-1000nm之间，每克比表面积大约1000m2，通常是颗粒状压缩成型的，并装填于纯化柱中以防止产生太过微细颗粒污染下游。
活性碳的巨大表面和海量微孔以及吸附的物质，成为微生物的繁殖地。微生物的生长可以通过添加非溶解性生物杀灭剂到碳中，如银，得到部分抑制。活性碳柱需要定期更换以保持最少的细菌含量。
反渗透膜通常用于滤除直径小于1nm的污染物，典型的反渗透方式可以滤掉水中90%的离子污染物，大部分有机物和几乎全部微粒污染物。反渗透对分子量<100道尔顿的非离子污染物的去除能力较低，而随污染物分子量的增大，RO膜的滤除能力也随之增强。理论上说，这种方式可以100%滤除>300道尔顿分子量的分子和包括胶体及微生物在内的颗粒，溶解的气体则无法靠RO膜去除。
由于其出色的纯化功效，反渗透是一项对去除绝大部分杂质非常具成本效益的技术。不过，其产水速度相对较低，所以使用时通常配以储水箱暂存产成水以备使用或进一步纯化。反渗透装置保护后续系统免收胶体和有机物的堵塞或污染，其后续系统通常配备离子交换或电渗析装置。
离子交换树脂床能通过与H+和OH-的离子交换，从水中有效去除离子。离子交换树脂是直径小于1mm的多孔小球，由交链的含有大量功能强大的离子交换点的不溶性聚合物制成。水中的离子依据它们的相对电荷密度竞争离子交换树脂的交换点而被树脂吸附。树脂分为阳离子树脂和阴离子树脂两种。
离子交换树脂床放在小型滤柱或大型滤筒中使用，一般使用一段时间后就要更换，此时阴阳离子交换基团已经替换了树脂中大部分H+和OH-的活性点。通过将RO膜设置在离子交换之前的方式，可得到更纯的水质并延长填料的使用寿命，该方法经常用于生产高纯度超纯水的实验室纯水系统中。这种方法也可避免离子交换树脂表面被大的有机物分子堵塞，从而降低其交换能力。
蒸馏
蒸馏法是通过改变水的形态——从液态到气态再回到液态，将水和污染物分离。每一个转换过程都为纯水与污染物的分离提供了机会。理论上，除蒸汽压力与水接近的物质和共沸化合物，蒸馏法能去除所有种类的水中污染物。
像RO一样，蒸馏法生产纯水的速度较慢，所以蒸馏水必须先储存起来以备日后使用。
蒸馏水器非常耗电——每生产1升纯水通常耗费1KW电力。依据蒸馏水器的不同设计，蒸馏水的电阻率大约能达到1MΩ-cm，因为空气中的CO2会溶入蒸馏水中迅速降低其电导率。新鲜蒸馏水是无菌的，但如果保存不当，一段时间后就不再是无菌的了。
微滤
纯水系统中的微滤器对水中颗粒物和微生物进行物理性阻截。膜滤器完全根据颗粒的大小分级，有较一致的分子结构，截留所有大于其表面孔径的颗粒。
膜滤器(0.05-0.20μm)通常被放置在尽可能接近出水点的地方来捕获微生物和微细颗粒。
所截留的颗粒物包括微生物或其代谢物和可溶性物质，可能再次从滤器中沥滤出来，所以对微滤器的适当维护(定期消毒和周期性更换)是必要的，使其性能保持在理想水平。新安装的滤器通常要求在使用前冲洗以去除可能含有的可萃取污染物。
超滤
超滤(UF)是一个过滤术语，指能去除如蛋白质大小的颗粒的过滤器。膜孔径通常在1-50nm之间，中空纤维结构的超滤膜通常有较高的滤过速率。超滤膜根据其降低相关污染物浓度的效率来分级。
超滤膜通常安装在靠近纯水仪出水口的位置以降低微生物和有机大分子，包括核酸酶和内毒素的浓度。超滤必须定期清洗或更换以保持其效能。超滤可以以传统的方式安装，所有水流径直穿透滤膜，或者以更佳的方式——切向流方式，一部分进水平行流过膜表面带走污染物以减少其对膜表面的堵塞。
对于保障超纯水在颗粒、细菌和热源含量等各项指标上保持稳定的高质量，超滤法是一项出色的技术。国际上通行的用于超纯水仪的超滤膜截留分子量是5000道尔顿。
展源
何发
相关文章
-
实验用水的纯化技术，你知道几种？
2024-01-15
-
制药用水纯化技术专题
2021-05-24
-
QC, IQC, IPQC, QA，到底是什么鬼?
2020-05-27
-
AAS法分析茶叶中的铅,镉,砷
2020-05-27
-
实验用水需要注意哪些问题？
2024-01-25
-
检测实验室的实验用水知识大全
2020-05-27
-
红外光谱分析,你了解多少?
2021-01-11
-
超净工作台原理,使用与维护
2020-05-27
-
HPLC检测器,你了解吗？
2024-03-06
加载更多